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内容提要：交互式舞台灯光排演系统以三维仿真引擎为平台，通过虚拟视觉呈现与人机交互技术，实现对舞台灯光投射图案、旋转角度、切换颜色、调节光束角、线性调光、空间定位等功能模块的控制，并且制定统一的数据接口，构建舞台灯光视觉效果协同控制模块，实现舞台灯光排演的技术创新。
关键词：仿真引擎、人机交互、灯光排演、协同控制
舞台灯光也叫“舞台照明”，是舞台美术造型手段之一。舞台灯光是演出空间构成的重要组成部分，是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉与灯光设计，并有目的地将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作。
如今，舞台艺术的发展越来越离不开舞台灯光的支持。舞台灯光的千变万化能够带给观众新奇、独特乃至震撼的视觉效果，因而舞台节目的导演越来越重视舞台灯光的应用，舞台灯光的效果已经成为衡量某些大型舞台作品演出是否成功的重要依据。然而，传统的灯光排演系统仍然存在许多需要改进的地方。现有的控制系统或方法由于其自身存在不同特点和缺陷，因此需要找出面向整个舞台灯光系统的排演架构及控制方法。
为了解决上述问题，围绕增强舞台视觉表现力的具体需求，交互式舞台灯光排演系统以三维仿真引擎为平台，通过虚拟视觉呈现与人机交互技术实现对舞台灯光投射图案、旋转角度、切换颜色、调节光束角、线性调光、空间定位等功能模块的控制，并且制定统一的数据接口，构建舞台灯光视觉效果的协同控制模块，实现舞台灯光排演的技术创新。
一.交互式舞台灯光排演系统的特点及架构
1.系统特点
交互式舞台灯光排演系统充分利用了计算机仿真技术、实时渲染技术以及人机交互技术。该系统以三维仿真引擎数据解算模块为核心，通过交互控制台实现对舞台灯光类型和属性的选择及调整，并且通过外部控制设备和参数设定方式实现对灯光的实时控制，根据统一的数据接口将数据传输给舞台机械，实现仿真系统与舞台机械的协同控制。系统可以根据舞美创意或者后期制作需求采用2D/3D两种模式实现画面帧序列的无损输出，实现舞台灯光排演效果的录制与回放。
本系统能够在正式演出前进行舞台灯光综合排演，为正式演出提供可视化的舞台灯光效果和依据，降低了人力物力和时间成本，避免资源浪费，提高工作效率。
2.系统架构
交互式舞台灯光排演系统包括：交互控制模块、数据解算模块、输出模块。（如图1所示）
（1）交互控制模块
交互控制模块使用UI交互控制平台制作软件创建屏幕UI控制台，通过将描述UI交互控制台的引擎可读取的特定格式文件导入到三维仿真引擎中，在引擎中构建一个UI交互控制平台。通过代码实现的方式创建UI控制节点并描述其与外部控制器设备之间的逻辑关系，由此实现对屏幕的UI控制台的操作；UI多级下拉菜单中包含各类舞台灯光，例如：常规舞台灯光、电脑舞台灯光、LED舞台灯。针对舞台上已加载的灯光，选中后可在UI交互平台下拉菜单中进行属性变换，编写属性变换节点，通过在按钮上绑定该节点及选择要替代的节点实现属性转换。
舞台灯加载完毕后需要对舞台灯的各类参数进行控制，控制方法可分为两种：一种是外部控制方法，这种方法适用于需要精确控制的灯光效果，通过键盘、摇杆类外部手持设备或者其他专业控制设备精确设定参数信息，实现舞台灯的旋转、仰角等诸多动作；另一种是数据驱动方法，该方法适用于舞台剧、演唱会、晚会等需要从头至尾观看节目整体效果，并可以进行回放以调整参数信息的舞台艺术类型。此外，通过外部控制方法进行调整的参数信息可以编写为预设格式文本，从而通过数据驱动模块进行读取。
（2）数据解算模块
数据解算模块是指三维仿真引擎对舞台灯光各类参数变化过程的描述。通过将外部控制设备在三维图形仿真引擎中注册并初始化，可以实现外部控制设备和三维图形仿真引擎的交互。系统每次更新都调用输入函数和监听函数，可实现对控制设备的各个轴向产生数据的监听和解算。在外部控制设备对舞台灯光的控制中，加入防止误差的机制。将外部输入设备数据临界值变为临界区间，再将临界区间以外的数值通过插值的方式对应到原有的区间。对外部输入设备控制数据的优化，可以降低输入设备的灵敏度，以便实现对舞台灯光的精确控制。将舞台灯光内外参数的变化转化为舞台灯光的角度、颜色、光束角、亮度、位置等常用变量的变化，并且通过三维仿真引擎实时渲染舞台灯光的变化效果。
（3）输出模块
输出模块包括2D/3D渲染帧序列和机械控制两部分，渲染帧序列是三维仿真引擎实时渲染出舞台灯光排演效果，可以采用2D/3D两种模式实现画面的无损输出。灯光机械控制部分通过统一的数据接口，对灯光的角度、颜色、光束角、亮度、位置等数据格式进行定义，使得仿真系统与舞台机械实现数据对接，通过交互控制模块得到的灯光排演数据直接对舞台灯光机械进行驱动。即输出模块可使舞美创意人员大大缩短工作时间，提高工作效率。
二.交互式舞台灯光排演系统的技术实现
1.UI界面
交互控制台通过Adobe Flash创建屏幕UI控制界面。按钮图片需要在图像处理软件中制作完成并导入Adobe Flash中，而所有按钮效果例如菜单打开、隐藏、按键效果、选中效果、下拉菜单、拖条上的小滑块滑动效果等全部都由Action Script代码直接编写动作代码实现。
通过点击一级菜单中的相应按钮可以打开二级菜单。此部分下拉菜单效果由AS在动作指令中编写，生成所对应的XML文件由三维仿真引擎读取。XML中需要定义的UI交互控制台的名字、鼠标效果、光标、UI交互界面需要显示的位置以及图片和模型库中模型的锁定。
舞台灯光颜色可通过调节红色滑条、绿色滑条、蓝色滑条来调节灯光中的红、绿、蓝的成分，从而调节混合光的颜色。
2.灯光控制技术的实现
关键词：仿真引擎、人机交互、灯光排演、协同控制
舞台灯光也叫“舞台照明”，是舞台美术造型手段之一。舞台灯光是演出空间构成的重要组成部分，是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉与灯光设计，并有目的地将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作。
如今，舞台艺术的发展越来越离不开舞台灯光的支持。舞台灯光的千变万化能够带给观众新奇、独特乃至震撼的视觉效果，因而舞台节目的导演越来越重视舞台灯光的应用，舞台灯光的效果已经成为衡量某些大型舞台作品演出是否成功的重要依据。然而，传统的灯光排演系统仍然存在许多需要改进的地方。现有的控制系统或方法由于其自身存在不同特点和缺陷，因此需要找出面向整个舞台灯光系统的排演架构及控制方法。
为了解决上述问题，围绕增强舞台视觉表现力的具体需求，交互式舞台灯光排演系统以三维仿真引擎为平台，通过虚拟视觉呈现与人机交互技术实现对舞台灯光投射图案、旋转角度、切换颜色、调节光束角、线性调光、空间定位等功能模块的控制，并且制定统一的数据接口，构建舞台灯光视觉效果的协同控制模块，实现舞台灯光排演的技术创新。
一.交互式舞台灯光排演系统的特点及架构
1.系统特点
交互式舞台灯光排演系统充分利用了计算机仿真技术、实时渲染技术以及人机交互技术。该系统以三维仿真引擎数据解算模块为核心，通过交互控制台实现对舞台灯光类型和属性的选择及调整，并且通过外部控制设备和参数设定方式实现对灯光的实时控制，根据统一的数据接口将数据传输给舞台机械，实现仿真系统与舞台机械的协同控制。系统可以根据舞美创意或者后期制作需求采用2D/3D两种模式实现画面帧序列的无损输出，实现舞台灯光排演效果的录制与回放。
本系统能够在正式演出前进行舞台灯光综合排演，为正式演出提供可视化的舞台灯光效果和依据，降低了人力物力和时间成本，避免资源浪费，提高工作效率。
2.系统架构
交互式舞台灯光排演系统包括：交互控制模块、数据解算模块、输出模块。（如图1所示）
（1）交互控制模块
交互控制模块使用UI交互控制平台制作软件创建屏幕UI控制台，通过将描述UI交互控制台的引擎可读取的特定格式文件导入到三维仿真引擎中，在引擎中构建一个UI交互控制平台。通过代码实现的方式创建UI控制节点并描述其与外部控制器设备之间的逻辑关系，由此实现对屏幕的UI控制台的操作；UI多级下拉菜单中包含各类舞台灯光，例如：常规舞台灯光、电脑舞台灯光、LED舞台灯。针对舞台上已加载的灯光，选中后可在UI交互平台下拉菜单中进行属性变换，编写属性变换节点，通过在按钮上绑定该节点及选择要替代的节点实现属性转换。
舞台灯加载完毕后需要对舞台灯的各类参数进行控制，控制方法可分为两种：一种是外部控制方法，这种方法适用于需要精确控制的灯光效果，通过键盘、摇杆类外部手持设备或者其他专业控制设备精确设定参数信息，实现舞台灯的旋转、仰角等诸多动作；另一种是数据驱动方法，该方法适用于舞台剧、演唱会、晚会等需要从头至尾观看节目整体效果，并可以进行回放以调整参数信息的舞台艺术类型。此外，通过外部控制方法进行调整的参数信息可以编写为预设格式文本，从而通过数据驱动模块进行读取。
（2）数据解算模块
数据解算模块是指三维仿真引擎对舞台灯光各类参数变化过程的描述。通过将外部控制设备在三维图形仿真引擎中注册并初始化，可以实现外部控制设备和三维图形仿真引擎的交互。系统每次更新都调用输入函数和监听函数，可实现对控制设备的各个轴向产生数据的监听和解算。在外部控制设备对舞台灯光的控制中，加入防止误差的机制。将外部输入设备数据临界值变为临界区间，再将临界区间以外的数值通过插值的方式对应到原有的区间。对外部输入设备控制数据的优化，可以降低输入设备的灵敏度，以便实现对舞台灯光的精确控制。将舞台灯光内外参数的变化转化为舞台灯光的角度、颜色、光束角、亮度、位置等常用变量的变化，并且通过三维仿真引擎实时渲染舞台灯光的变化效果。
（3）输出模块
输出模块包括2D/3D渲染帧序列和机械控制两部分，渲染帧序列是三维仿真引擎实时渲染出舞台灯光排演效果，可以采用2D/3D两种模式实现画面的无损输出。灯光机械控制部分通过统一的数据接口，对灯光的角度、颜色、光束角、亮度、位置等数据格式进行定义，使得仿真系统与舞台机械实现数据对接，通过交互控制模块得到的灯光排演数据直接对舞台灯光机械进行驱动。即输出模块可使舞美创意人员大大缩短工作时间，提高工作效率。
二.交互式舞台灯光排演系统的技术实现
1.UI界面
交互控制台通过Adobe Flash创建屏幕UI控制界面。按钮图片需要在图像处理软件中制作完成并导入Adobe Flash中，而所有按钮效果例如菜单打开、隐藏、按键效果、选中效果、下拉菜单、拖条上的小滑块滑动效果等全部都由Action Script代码直接编写动作代码实现。
通过点击一级菜单中的相应按钮可以打开二级菜单。此部分下拉菜单效果由AS在动作指令中编写，生成所对应的XML文件由三维仿真引擎读取。XML中需要定义的UI交互控制台的名字、鼠标效果、光标、UI交互界面需要显示的位置以及图片和模型库中模型的锁定。
舞台灯光颜色可通过调节红色滑条、绿色滑条、蓝色滑条来调节灯光中的红、绿、蓝的成分，从而调节混合光的颜色。
2.灯光控制技术的实现